激光位移測量系統(tǒng)在長度計量技術中的應用研究

陳煉

東華計量測試研究院 江西南昌 330029

如今世界飛速發(fā)展向前，用到的產品、科技越來越先進，為了滿足未來需求，人們對于測量精度要求不斷提高，而傳統(tǒng)測量工具由于使用繁瑣，測量精度低，易受環(huán)境影響等原因已經不再滿足現(xiàn)代人們需求，因此研發(fā)新一代精度高的測量儀器成為目前研究人員重點關注對象。激光位移測量系統(tǒng)的發(fā)明將長度計量技術帶領到一個新高度。

1 激光位移測量系統(tǒng)結構概述

1.1 氦氖激光器

激光位移測量系統(tǒng)核心部件是氦氖激光器，氦氖激光器是通過利用光的波粒二象性以及其他物理定律進行工作，一般發(fā)射出激光的波長為632.8納米。由于氦氖激光器內部含有諧振器，所以可以對氦氖激光器內部存在的混合氣體以諧振頻率控制完成激發(fā)，目前常用諧振器一般由兩塊球面的反射鏡組成，通過將兩塊反射鏡進行連接，組成支架結構，來滿足對反射鏡之間距離調整，反射鏡之間距離的調整方法是通過壓電陶瓷來實現(xiàn)，另外氦氖激光器是通過調整反射鏡的間距來改變激光直徑。反射鏡是一個關鍵部分，目前科研人員不斷對反射鏡結構進行創(chuàng)新，希望能夠創(chuàng)造出發(fā)射更高質量激光的氦氖激光器。

1.2 干涉儀

激光位移測量系統(tǒng)為了保障工作穩(wěn)定性，在系統(tǒng)中添加了干涉儀。目前市面上大多使用的干涉儀是在Michelson干涉儀基礎上建立的，一個性能良好的干涉儀需要具有以下幾個因素：（1）不會受到激光位移測量系統(tǒng)失調影響。（2）干涉儀工作過程中相位關系始終保持不變。當干涉儀滿足這兩個要求時，激光位移測量系統(tǒng)發(fā)射的激光才能被正常運用，保證最終測量數(shù)據準確無誤。除了保證激光位移測量系統(tǒng)數(shù)據測量的準確性，數(shù)據讀取準確性也十分關鍵，提高讀取準確性的主要措施是將激光相位差控制在90°，相位控制是通過偏振技術實現(xiàn)。激光位移測量系統(tǒng)還需要包含偏振過濾器來實現(xiàn)對棱鏡的不斷調整。激光位移測量系統(tǒng)所發(fā)出的激光最好滿足橢圓偏振，這樣可以讓數(shù)據測量更加精準。

1.3 電源部分

在對激光位移測量系統(tǒng)供電過程中，主要針對的目標是干涉儀器，為干涉儀器供電的電能需要滿足以下要求：①為放電管提供充足電力；②激光頭在工作過程中需要保證溫度在標準范圍之內；③供電頻率需要穩(wěn)定。由于激光位移測量系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)全自動化工作方式，所以系統(tǒng)內集成電路工作正常運行十分關鍵，保證電源供應充足可以提高測量精準性。

1.4 數(shù)顯部分

在用激光位移測量系統(tǒng)進行數(shù)據測量過程中，測量結果會以數(shù)字形式顯示，并且激光位移測量系統(tǒng)中各組成儀器性能指標也是以數(shù)顯方式讓工作人員方便記錄。這些都是為了幫助工作人員對數(shù)據修正值進行調整、確認，滿足各種測量環(huán)境對數(shù)據修正值的需求。當數(shù)顯數(shù)據出現(xiàn)不正常時，激光位移測量系統(tǒng)還能實現(xiàn)自動斷電。

2 激光位移測量系統(tǒng)在長度計量技術中的應用

通過激光位移測量系統(tǒng)進行物體長度測量，不僅可以提高測量精度，還能提高測量過程的抗干擾能力。通過對激光位移測量系統(tǒng)組成結構充分了解，我們可以對激光位移測量系統(tǒng)進行進一步完善，比如我們可以讓激光位移測量系統(tǒng)實現(xiàn)對測量數(shù)據控制，保障長度測量過程能以設定速度進行，另外我們還可以在激光位移測量系統(tǒng)技術結構和機制方面做出調整，讓激光位移測量系統(tǒng)工作更加簡單。目前激光位移測量系統(tǒng)創(chuàng)新方向有以下幾點：（1）應用更好的測試程序。在進行長度測量時，激光位移測量系統(tǒng)需要將收集到的各個參數(shù)進行整合，并且對各部分參數(shù)進行分析，了解各參數(shù)對長度結果精度的影響，比如被測物體周圍環(huán)境溫度。（2）對數(shù)據分析能力不斷提高。激光位移測量系統(tǒng)收集的數(shù)據較為繁多，所以不斷提高系統(tǒng)對數(shù)據的分析能力十分關鍵，科研人員可以從激光位移測量系統(tǒng)測量結構和機制方面進行系統(tǒng)優(yōu)化調整，讓長度數(shù)值更加接近真實值，通過對數(shù)據分析能力提高還能排除對測試結果影響較大的錯誤數(shù)據，讓激光位移測量系統(tǒng)有效性大大提高。（3）擴大激光位移系統(tǒng)用途。目前激光位移技術運用范圍越來越廣泛，受到的影響因素很多都被人們找到克服的方法，因此為了擴大激光位移系統(tǒng)使用范圍，科研人員可以對激光位移系統(tǒng)的精度與速度方面進行創(chuàng)新。目前激光位移測量系統(tǒng)在以下方面得到了廣泛運用：（1）修正測量機。通過使用激光位移測量系統(tǒng)測量出原始數(shù)據，將測量到的原始數(shù)據作為修正測量機的基礎數(shù)據。（2）工業(yè)、建筑等領域的標準件測量。由于激光位移系統(tǒng)測量精度較高，所以對于標準件的測量可以選擇激光位移系統(tǒng)進行測量，不過測量長度最好控制在4000毫米以內。（3）對于元器件的精密加工。（4）測量系統(tǒng)校驗。激光位移系統(tǒng)一般還可以運用其附屬裝置進行一些其他數(shù)據的測量，比如測量物體表面是否平整、物體是否振動等。

3 結語

綜上所述，近幾年激光位移測量系統(tǒng)發(fā)展迅速，但使用過程中仍會遇到了一些問題，因此對于激光位移測量系統(tǒng)需要進一步創(chuàng)新發(fā)展，并且由于目前各國之間競爭激烈，我們只有保持不斷創(chuàng)新的動力，才能給國家、企業(yè)、個人帶來更強競爭力。